CN109682728B - 一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器及其测量方法，所述冷却器包括进气端安装座和出气端安装座，所述进气端安装座和出气端安装座之间固定一条中心杆，在中心杆外部套有换热管，所述换热管由若干换热管段通过换热管段法兰盘进行连接；在换热管外部套有冷却水套，所述冷却水套一侧设置有冷却水进水卡盘，另一侧设置有冷却水出水卡盘。本发明能够测试颗粒物沉积路径，且能测量沿气流方向各位置段沉积层结构、重量和换热管换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机废气再循环冷却器研究技术领域，具体为一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器及其测量方法。
背景技术
废气再循环是降低柴油机氮氧化物的主要措施之一。废气再循环冷却技术能冷却高温废气，弥补传统的废气再循环技术的不足之处，进一步提升发动机性能，已被广大汽车厂商推广使用。发动机排气中的颗粒物、碳氢化合物等有害物质经过冷却器时在热泳力等外力作用下会沉积在冷却器换热管的内壁面形成多空的沉积层。该多空的沉积层降低冷却器换热效率，降低气体通过的最大流量，产生较大的压力损失。冷却器的换热管内积碳的主要成分是soot、碳氢化合物等物质，因此研究颗粒物在换热管内的沉积行为是很有必要的。
目前，还没有专门地用来测试冷却器内颗粒物沉积路径的冷却器，由于测试颗粒物在冷却器内沉积行为的管壳式冷却器换热管存在一个最小长度，因此不能测试沿气流方向各个位置段换热管内颗粒物的沉积结构及换热效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器及其测量方法，能够测试颗粒物沉积路径，且能测量沿气流方向各位置段沉积层结构、重量和换热管换热效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器，包括进气端安装座和出气端安装座，所述进气端安装座和出气端安装座之间固定一条中心杆，在中心杆外部套有换热管，所述换热管由若干换热管段通过换热管段法兰盘进行连接；在换热管外部套有冷却水套，所述冷却水套一侧设置有冷却水进水卡盘，另一侧设置有冷却水出水卡盘。
进一步的，在每节所述换热管段之间设置有换热管段安装垫片。
进一步的，所述中心杆一端置于出气端安装座中心的安装孔，并通过第一定位销固定；所述中心杆另一端置于进气端安装座中心的安装孔，并通过第二定位销固定。
进一步的，所述进气端安装座上和出气端安装座上都装有冷却水套密封胶圈。
进一步的，所述换热管段法兰盘外套有法兰盘套筒。
一种采用上述测量颗粒物沉积路径的冷却器的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：运行所述测试系统，将废气通入上述冷却器中；每间隔相同时间采集一次并标记储存前端冷却器颗粒分析仪、后端颗粒分析仪所测得的颗粒物排放信息；
步骤2：通过对比相同换热管段条件下前端颗粒分析仪和后端颗粒分析仪的排放差别得知颗粒物在整个冷却器内沉积的数量和粒径分布，通过对比不同数量换热管段条件沉积在冷却器内的颗粒物数量分布和粒径分布，获得颗粒物在冷却器内的沉积路径；
步骤3：通过对比分析上述冷却器颗粒物沉积路径与不同位置冷却器换热管段换热效率的变化，得到颗粒物沉积路径对换热效率的影响规律。
进一步的，还包括步骤4：通过对比分析不同位置各换热管段重量差Δm的变化和换热效率η的变化得知换热管段颗粒物沉积质量对换热管换热效率的影响规律。
进一步的，还包括步骤5：通过对比分析不同位置换热管段内沉积物的表面形态以及微观结构的变化与换热管段换热效率的变化，得到颗粒物微观结构对换热管段换热效率的影响规律。
进一步的，还包括步骤6：综合对比分析每一换热管段重量差Δm、管段内沉积物表面形态与微观结构、换热效率进一步研究颗粒物在换热管内各段的沉积路径及其对各冷却器换热管段性能的影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于本发明设计了一种适用于测量废气再循环冷却器颗粒物沉积路径的分段式冷却器结构，在此结构中每节换热管段是可拆卸的，进而可测试沿气流方向较短长度的换热管段的颗粒物沉积路径；可测试沿气流方向每一小段的换热管段的沉积质量、换热效率；可研究沿气流方向不同换热管段颗粒物沉积物的微观结构；可研究各位置颗粒物沉积物结构和质量对换热管段的换热效率的影响规律。
附图说明
图1是本发明用于测量颗粒物沉积路径的冷却器结构；
图2是本发明用于测量颗粒物沉积路径的冷却器冷却器的三维结构；
图3是本发明中涉及的颗粒物沉积路径测试系统；
图4是基于图3测试系统的测试数据分析图。
图1中：101、出气端座固定螺钉；102、第一定位销；103、冷却水套密封胶圈；104、出气端安装座；105、冷却水套；106、换热管段；107、中心杆；108、冷却水出水卡盘；109、冷却水进水卡盘；110、换热管段安装垫片；111、换热管段法兰盘；112、法兰盘套筒；113、第二定位销；114、进气端安装座；
图3中：1、排气总管；2、废气再循环阀；3、前端气体分析仪；4、前端气体分析仪取样管；5、前端颗粒分析仪取样管；6、前端颗粒分析仪；7、进气压力传感器；8、冷却器；9、出气压力传感器；10、后端气体分析仪；11、后端气体分析仪取样管；12、后端颗粒分析仪取样管；13、后端颗粒分析仪；14、气体流量计；15、排气管；16、背压阀；17、废气出气管；18、出气温度传感器；19、冷却水出水温度传感器；20、冷却水出水管；21、冷却水恒温系统；22、冷却水泵进水管；23、水泵；24、冷却水进水管；25、冷却水进水温度传感器；26、进气温度传感器；27、废气进气管；28、多余废气阀；29、多余废气管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提及的适用于测量废气再循环冷却器内颗粒物沉积路径的冷却器包括：进气端安装座114、第一定位销102、法兰盘套筒112若干、中心杆107、换热管段106若干、换热管段安装垫片110、换热管段法兰盘111、出气端安装座104、第二定位销113、出气端座固定螺钉101、冷却水套105、冷却水进水卡盘109以及冷却水出水卡盘108。
所述进气端安装座114和出气端安装座104之间固定一条中心杆107，在中心杆107外部套有换热管，所述换热管由若干换热管段106通过换热管段法兰盘111进行连接；在换热管外部套有冷却水套105，所述冷却水套105一侧设置有冷却水进水卡盘109，另一侧设置有冷却水出水卡盘108。所述换热管段法兰盘111外套有法兰盘套筒112，所述法兰盘套筒112用于固定换热管段法兰盘111处于两个换热管段106连接的中间位置，防止换热管段法兰盘111在轴向晃动，起到约束接触面的作用。
为了换热管段106之间的连接和密封效果好，可以在每节所述换热管段106之间设置有换热管段安装垫片110。所述中心杆107可通过简易的方式进行安装，即其一端置于出气端安装座104中心的安装孔，并通过第一定位销102固定；所述中心杆107另一端置于进气端安装座114中心的安装孔，并通过第二定位销113固定。
所述进气端安装座114上和出气端安装座104上都装有冷却水套密封胶圈103，进一步提升本冷却器的密封性。
利用上述用于测量废气再循环冷却器颗粒物沉积路径的冷却器可进行以下测量：1)按试验要求完成上述冷却器的安装，完成测试系统的安装；2)运行测试系统，将废气通入上述冷却器中；3)每间隔相同时间采集一次并标记储存前端冷却器颗粒分析仪、后端颗粒分析仪所测得的颗粒物排放信息；4)改变换热管段106的安装数量，重复上述步骤。
通过对比相同换热管段106条件下前端颗粒分析仪和后端颗粒分析仪的排放差别可知颗粒物在整个冷却器内沉积的数量和粒径分布。通过对比不同数量换热管段106条件下沉积在冷却器内的颗粒物数量分布和粒径分布，可获得颗粒物在冷却器内的沉积路径。
本发明还提供了基于上述冷却器换热管段的物理特征参数测量分析方法，即：在进行颗粒物沉积试验前将废气再循环换热管段106分别进行标记并称重记录，按换热管段106标记确定各段安装位置并完成上述冷却器的安装，完成测试系统安装。运行整个测试系统进行颗粒物沉积试验，待颗粒物沉积试验完成后，将试验后的废气再循环换热管段106按顺序拆下，分别进行称重并记录，称重记录与换热管位置标记须一一对应，所述每段换热管段106的称重需重复多次，取多次称重结果的平均值作为换热管段的重量。将颗粒物沉积试验后的各换热管段106内沉积物的表面形态以及微观结构与其位置标记一一对应记录。
将废气再循环冷却器从废气入口端开始的第一段换热管标记为第一段，而后沿气流方向依次记为第二段，第三段……第n段。用颗粒物沉积试验后的废气再循环冷却器第一段换热管的重量(m后1)减去颗粒物沉积试验前的冷却器换热管第一段的重量(m初1)可得第一段换热管试验前后的重量差(Δm1)，用颗粒物沉积试验后的废气再循环冷却器第二段换热管的重量(m后2)减去颗粒物沉积试验前的冷却器换热管第一段的重量(m初2)可得第二段换热管试验前后的重量差(Δm2)……用颗粒物沉积试验后的废气再循环冷却器第n段换热管的重量(m后n)减去颗粒物沉积试验前的冷却器换热管第n段的重量(m初n)可得第n段换热管试验前后的重量差(Δmn)，公式如下：
Δm1＝m后1-m初1
Δm2＝m后2-m初1
……
Δmn＝m后n-m初n
通过比较沿废气气流方向各冷却器换热管段的重量差(Δm)的变化，可得沿气流方向冷却器换热管段内颗粒物沉积质量的变化规律。通过对比沿气流方向各冷却器换热管段内沉积物的表面形态及微观结构，可得沿气流方向冷却器换热管段内沉积物的表面形态以及微观结构的变化规律。
换热管段106换热效率测量方法为：在冷却器颗粒物沉积试验前将换热管段106进行标记，并按标记确定各冷却器换热管段的安装位置，完成上述废气再循环冷却器的安装，完成整个测试系统的安装。运行测试系统进行颗粒物沉积试验，待试验完成后按顺序依次拆取沉积了颗粒物的换热管段106，并将各换热管段106分别进行换热效率测试。各换热管段106的换热效率测试结果与换热管段106位置标记须一一对应记录。
将废气再循环冷却器从废气入口端开始的第一段换热管标记为第一段，而后沿气流方向依次记为第二段，第三段……第n段。将经颗粒物沉积试验后的废气再循环冷却器的第一段换热管的测试得到的换热效率记为η1，第二段换热管段的换热效率记为η2……第n段换热管的换热效率记为ηn。
通过对比分析上述冷却器颗粒物沉积路径与不同位置换热管段换热效率的变化，可得颗粒物沉积路径对换热效率的影响规律。通过对比分析不同位置各换热管段重量差(Δm)的变化和换热效率(η)的变化可知道换热管段颗粒物沉积质量对换热管换热效率的影响规律。通过对比分析不同位置换热管段内沉积物的表面形态以及微观结构的变化与换热管段换热效率的变化，可得颗粒物微观结构对换热管段换热效率的影响规律。
进一步的，综合对比分析每一冷却器换热管段重量差(Δm)、管段内沉积物表面形态与微观结构、换热效率可进一步研究颗粒物在换热管内各段的沉积路径及其对各冷却器换热管段性能的影响。
进一步的，比较沿沿气流流动方向各冷却器换热管段重量差(Δm)、管段内沉积物表面形态与微观结构以及换热效率可研究颗粒物在整个冷却器内的沉积路径以及其对冷却器换热效率等性能的影响规律。
Claims (7)
1.一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器，包括进气端安装座(114)和出气端安装座(104)，其特征在于，所述进气端安装座(114)和出气端安装座(104)之间固定一条中心杆(107)，在中心杆(107)外部套有换热管，所述换热管由若干换热管段(106)通过换热管段法兰盘(111)进行连接；在换热管外部套有冷却水套(105)，所述冷却水套(105)一侧设置有冷却水进水卡盘(109)，另一侧设置有冷却水出水卡盘(108)；在每节所述换热管段(106)之间设置有换热管段安装垫片(110)；所述中心杆(107)一端置于出气端安装座(104)中心的安装孔，并通过第一定位销(102)固定；所述中心杆(107)另一端置于进气端安装座(114)中心的安装孔，并通过第二定位销(113)固定。
2.如权利要求1所述的一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器，其特征在于，所述进气端安装座(114)上和出气端安装座(104)上都装有冷却水套密封胶圈(103)。
3.如权利要求1所述的一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器，其特征在于，所述换热管段法兰盘(111)外套有法兰盘套筒(112)。
4.如权利要求1所述的一种用于测量颗粒物沉积路径的冷却器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：运行废气测试系统，将废气通入冷却器中；每间隔相同时间采集一次并标记储存前端冷却器颗粒分析仪、后端颗粒分析仪所测得的颗粒物排放信息；
步骤2：通过对比相同换热管段(106)条件下前端颗粒分析仪和后端颗粒分析仪的排放差别得知颗粒物在整个冷却器内沉积的数量和粒径分布，通过对比不同数量换热管段(106)条件下沉积在冷却器内的颗粒物数量分布和粒径分布，获得颗粒物在冷却器内的沉积路径；
步骤3：通过对比分析冷却器颗粒物沉积路径与不同位置换热管段(106)换热效率的变化，得到颗粒物沉积路径对换热效率的影响规律。
5.如权利要求4所述测量方法，其特征在于，还包括步骤4：通过对比分析不同位置各换热管段(106)重量差Δm的变化和换热效率η的变化得到换热管段颗粒物沉积质量对换热管换热效率的影响规律。
6.如权利要求4所述测量方法，其特征在于，还包括步骤5：通过对比分析不同位置换热管段(106)内沉积物的表面形态以及微观结构的变化与换热管段换热效率的变化，得到颗粒物微观结构对换热管段换热效率的影响规律。
7.如权利要求4所述测量方法，其特征在于，还包括步骤6：综合对比分析每一换热管段(106)重量差Δm、换热管段(106)内沉积物表面形态与微观结构、换热效率，研究颗粒物在换热管(106)内各段的沉积路径及其对各冷却器换热管段性能的影响。
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